基于JSP的数控机床智能保障系统的设计

陈 晨，高宏力，明 涛，黄海凤，王耀琦，王振刚

（西南交通大学 机械工程学院，四川 成都610031）

0 引 言

数控机床是发展现代机械制造业必须的基础设备，高档数控机床己经成为航空航天、汽车等各种高新技术行业机械制造的主要装备，数控机床故障造成的停机事故将给企业带来巨大的经济损失［1］。人们越来越不满足于传统的事后维修方式，其高昂的成本和低下的及时性迫使人们寻求新的维护方式。为此，基于JSP 技术设计开发数控机床智能保障系统，通过时时监测显示机床各部件状态及参数，为让操作人员及时了解数控机床状态从而提前采取维修维护措施，并将记录进行保存，为日后性能的改善等提供了依据。系统基于Java编程环境，选取B／S 模式（Browser／Server），运用Tomcat做服务器和MySQL做数据库，采用JSP、Javabean和JavaServlet技术［2］。与现在常用的C／S架构保障系统相比，简化开发维护难度，降低经济投入成本，提高系统实时性，并可实现不同工作人员在不同地点进行操作，对于企业生产效率和竞争力的提高具有重大意义，在实际生产中具有极大推广运用价值［3］。

1 系统体系介绍

1.1 JSP

在服务器首次获得客户端浏览器对JSP 页面请求后，服务器处负责JSP 页面请求的容器会通过JSP 引擎将JSP页面转换为Java代码，在此过程中若无语法错误，JSP 引擎将调用Java编译器将文件编译为Servlet；如若有语法错误，转换将中断并返回错误信息，处理流程如图1所示［4］。

图1 JSP处理流程

Servlet编译成功后会被加载在内存中，采用多线程处理技术来处理应对可能的多个客户端同时请求，不仅极大降低系统资源需求，提高系统开发量和响应时间，并由于该方法将servlet一直加载在内存，所以响应非常快。可见该工作过程中只有首次运行由于需要处理、加载及编译会耗费稍多时间，所谓的 “第一人惩罚”［5，6］。

1.2 Javabean

Javabean是一个具有良好重用性和移植性的特殊Java类，用于处理用户的请求，根据技术标准来指定bean的命名和设计规范，通过定义get和set函数来实现对属性和事件的相关操作［7］。

1.3 Servlet

为了解决单纯使用JSP 导致的页面臃肿、服务器负荷过大，因此一般将JSP和Servlet结合使用进行开发，Servlet负责激活Javabeans和创建对用户的应答。

如图2所示，可见Servlet是Web浏览器和J2EE 之间的纽带，它首先从Web处接受其发送的请求，经过处理进而把请求传到Web服务器，最后它会把服务器的响应返回到浏览器［8］。

1.4 本系统的体系

本系统在src下建立DAO、database、javabean、servlet和util，通过在javabean中实现对成员变量的值的更改或获取操作，在DAO 中实现创建、更新、编辑和删除等事务性操作，database与数据库进行连接，在util下有个用于定义的signal。

JSP文件通过import调用javabean和DAO，当JSP界面中出现 “cmd”命令时，将到util下的signal进行识别，识别后返回一个具体的COMMAND＿XX＿XX 命令，该COMMAND＿XX ＿XX命令到servlet中与switch下的command进行比对，与case下的command成功比对后跳转到相应的方法中执行，执行后如若有语法错误，跳转出“出错！”提示；如若没有，将跳转出例如" 丝杠相关参数修改成功！" 的界面。

图2 Servlet的工作流程

2 系统设计

智能保障系统是集状态监测、故障预测、性能评估和维护建议于一体的综合性软件，依据软件设计结构合理的原则及参考用户实际需求，本软件由机床管理、一键诊断、机床故障预警、设备加工性能评估和机床保养计划5个子系统组成，如图3所示［9］。

图3 系统整体框架

为了方便使用，本系统在主页顶部横向放置5个子系统导航，通过点击导航跳转到界面左侧各个子系统中，左侧放置各个子系统的子模块，在子模块下再采用树状模式，下接各个选项，从而层次鲜明、清晰明了的实现三层查询，并可根据实际情况在下面添加更低一级子菜单。同时考虑到机床众多，切换不便，我们在右上角显示目前是哪台机床，同时放置机床选择页快捷按钮，可以进行机床间切换。上侧主页按钮可以快捷返回主页，帮助按钮点开会有整个系统详细的使用指导［10］。

2.1 机床管理子系统

包括：机床相关参数设置、传感器设置和传感器诊断3个模块。用户可以在该系统中看到机床、通道和传感器的基本参数信息，并可以根据实际情况对类型、安装位置和放大倍数等随时进行更新调整，传感器诊断处会显示传感器正常与否，同时可提供传感器标定报告生成功能如图4所示，在PDF报告中会对诊断结果提供详细的理论依据和图像说明，该报告可自定义名称和路径。

图4 传感器标定

考虑到主轴、导轨和丝杠的数据量有时会非常庞大，为了显示的整洁明了和查看时的便捷，提供分页功能，在界面中有首页、尾页和下一页快捷按钮，下拉框可自定义跳转到某一页面。

2.2 一键诊断子系统

包括：机械系统、电气系统、液压系统和PLC 系统四方面功能。在机械系统中，显示机床故障预警结果、故障提示、设备加工性能评估结果、机床维修维护建议和评估依据图，在此对系统各功能子系统的结果做整体概括性展示，并提供一键诊断报告，报告中对各个子系统结果进行详细说明。电气、液压和PLC 系统提供各个系统的原理图，并有帮助说明按钮。

2.3 故障预警子系统

包括：故障预警、评估规则设置、人工添加故障维修维护记录和故障维修维护记录查看4个模块。

（1）故障预警模块提供工况、当前状态、故障提示、故障依据和诊断结果等预警的详细信息，工况处提供机床的一些主要参数，并可生成报告。通过对这些工况的监视，操作人员可以大概了解机床的工作状态。

（2）评估规则设置处是用于显示评判机床状态的参数，并可对各参数权重进行设置。

（3）维护人员在进行维护后，可人工添加维修维护记录，包括：日期、故障位置、故障现象、排除方法和操作人员编号，添加成功后可以在查看故障预警日志中查看到，如图5所示。

图5 故障预警界面

（4）故障维修维护记录查看是人工添加的汇总，并提供生成报告功能，报告中会对维修情况有个更为详细说明。

2.4 加工性能评估子系统

包括：评估规则设置和综合评估。相关权限人员可对性能评估的规则进行设置，综合评估处提供包括评估日期、评估结果、评估部位和操作人员等综合评估的详细信息，同样可生成报告并在报告中进行更详细的说明。

2.5 维修维护子系统

包括：保养计划、备件计划、日常点检和专业点检4个模块。

（1）保养计划模块对设备提供详细的保养计划和制度信息，对一些关键及易损伤部位提供特殊的保养规范及要求，从而防范于未然。

（2）备件计划模块是对各部件的备件名称、数量和需求时间等信息的展示，从而方便了解各部件备件的库存情况，方便及时购买以防耽误设备使用，并且让备件情况一目了然避免了重复查看仓库。

（3）点检模块包括日常和专业点检两个等级，都包括：点检项目与要求、点检结果、点检时间、点检人员和是否合格等信息，但区别是点检的要求和操作人员不同。专业点检是由专业工程师定期及出现异常时进行的详细专业的点检，而日常点检是操作人员的每日初步点检，都提供人工添加功能，并可在点检报告中查看详细情况。

3 关键技术

3.1 PDF报告生成

由于界面所容纳的信息量的局限性以及方便查看重点内容的原则，本系统的重要页面都提供生成PDF 报告功能，在报告中对页面数据和结论进行进一步详解，并提供推导过程及依据。

结合该军工制造厂需求，我们提供手动和自动生成PDF两种方式，手动是操作人员人工选择指定时间段生成所需时间段报告，自动是预先设定生成报告的周期或者时间点，满足条件时自动生成，在此我们根据其需求设定每周五下午三点自动生成PDF。

3.1.1 自动生成报告

在servlet下定义一个自启动的startup，设置一个无限自相加的i使程序循环一直执行，通过将日期和时间分别定义为字符串weekday和time，并定义fixedTime为weekday和time相连后的时间，将fixedTime与设定的时间fix进行比对，如果相等，执行循环中生成报告的程序，同时为了防止生成的报告自动覆盖前面生成的报告，在生成的fileName处额外加一个自循环的i，从而保证生成的报告可以一直保存，程序如下所示：

在web.xml中定义开机自启动startup，并将其优先级设置为1，程序如下所示：

3.1.2 手动生成报告

如图6所示，在界面中定义2 个日期选择框，分别为startdate和enddate，点击日期选择框选定日期，程序如下：

图6 手动生成报告

通过传递获取的startdate和enddate从数据库选定时间段数据，程序如下：

手动生成报告首先要在web.xml中配置Servlet，在其中进行命名和配置ActionServlet映射，从而实现客户请求的url信息和服务器端具体处理的映射关系。servlet－mapping的url－parrern标签里面放的是servlet访问路径，根据servlet－name服务器会找到被映射的同名servlet的字节码。文件代码如下［11］：

在JSP页面利用Form 定义生成报告按钮，点击按钮生成相应PDF报告。

3.2 从数据库读取图片

机床故障预警中的故障预警模块检测到故障时，将给出故障提示图，该图是由检测到的状态信息经过算法计算用matlab时时绘图，绘出的图会以一定周期存放到数据库中。在此我们在MySQL中建表并将图片类型定义为Blob，建立show.jsp页面，show.jsp作用是从数据库中读出blob，并产生image／jpg，然后在实际界面gzyj.jsp中引用show.jsp即可在界面中读取并显示图片。

4 结束语

基于JSP的B／S模式的数控智能保障系统是一种较新的尝试，采用时时监测显示机床状态信息，可以实现故障发生前提前预警，从而防范于未然，并提供维修维护建议，从而实现集监控、预测、维护和保障于一体的一种全新的数控机床生产模式。这不仅大大降低数控机床的定期维修维护时间，而且降低大量人力和物力成本从而提高企业综合竞争力，对企业的现代化和科学化管理具有重大意义，因此在实际工业生产中具有极大推广运用价值，并即将在某军工制造厂中投入使用。

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